【正文】 精度和高速軸承通常取 15 度接觸角。 成對(duì)安裝角接觸球軸承（ GB/T2921994） 可同時(shí)承受徑向 載 荷和軸向 載 荷。最后軸承在承受徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷，所以選用深溝球軸承和角接觸軸承。我采用的是角接觸軸承，所以可利用調(diào)整墊片或螺紋件來(lái)調(diào)整軸承的游隙，以保證軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)采用兩端固定支承。 由此可見，電主軸的危險(xiǎn)點(diǎn)在電機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)，根據(jù)第三強(qiáng)度理論： σr3=σθemaxσremax= (N/mm2) 電機(jī)轉(zhuǎn)子襯套材料的許用應(yīng)力［ σ］為 287 N／ mm， σr3＜［ σ］，使用安全。高速電主軸的最小過(guò)盈 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 13 量 Δmin為： 圖 電主軸的結(jié)構(gòu) Δmin＝ Δdmin＋ Δsmin＝ （ mm） （ 311） 據(jù)此，在 GD－ Ⅱ 型電主軸設(shè)計(jì)中，主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子的配合采用 Φ66H6／ s6 的過(guò)盈配合，這種配合的實(shí)際最小過(guò)盈量為 (＞ mm)，能滿足電主軸的高速傳動(dòng)要求。 Ce=ba = = （ 37） Ci=ac = = （ 38） 電機(jī)轉(zhuǎn)子和主軸均為鋼質(zhì)材料，材料的 彈性模量 E＝ 1011N／ m2， 泊凇 比 υ＝ ， 主軸配合面間的摩擦系數(shù) μ＝ ，電機(jī)轉(zhuǎn)子襯套材料的許用應(yīng)力［ σ］為 287N／ mm2，主軸材料的許用應(yīng)力［ σ］為 567 N／ mm2。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為 8000r／ min， 所以其最大角速度 ωmax為 rad／ s。 此次設(shè)計(jì)的 電主軸電機(jī)轉(zhuǎn)子的基本尺寸為：轉(zhuǎn)子的外徑 2b＝ ，轉(zhuǎn)子內(nèi)孔直徑 2a＝ ，轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度為 346mm，轉(zhuǎn)子配合面的有效接觸長(zhǎng)度 B＝300mm。它能帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。迭壓成型的定 子內(nèi)腔帶有沖制嵌線槽。旋轉(zhuǎn)編碼器非常適合測(cè)速度，可無(wú)限累加測(cè)量。本人在電主軸設(shè)計(jì)的內(nèi)置編碼器是屬于旋轉(zhuǎn)編碼器的。 內(nèi)置編碼器的選擇 為了提高機(jī)械裝置的加工精度，必須提高檢測(cè)元件和檢測(cè)系統(tǒng)的精度。 126 72 177。 —— 114 177。 (1) 求設(shè)計(jì)功率 Pd Pd=K0Pm= =20 kw 式中 K0載荷修正系數(shù)（由表 得） 表 載荷修正系數(shù) K（部分） 工 作 機(jī) 原 動(dòng) 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) 間（小時(shí) /日） 3~5 8~10 16~24 帶式輸送機(jī)，烘干機(jī)，杠車床，帶鋸，篩選機(jī) 液體攪拌機(jī)，鉆床，車床，龍門刨床，造紙機(jī) 牛頭刨床，磨床，銑床，鉆鏜床，紡織機(jī)械 (2) 確定帶的型號(hào)和節(jié)距 由于電 主軸是內(nèi)裝式電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速就是主軸轉(zhuǎn)速，所及小齒輪轉(zhuǎn)速 n1=n2 i0=3100r/min，由圖 查的帶的型號(hào)為 H 型，對(duì)應(yīng)節(jié)距 Pb=(見表 ) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 9 圖 通過(guò)功率找同步帶型號(hào) (3) 選擇小帶輪齒數(shù) 由小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=3100r/min 和 H 型帶，查表 得小帶輪最小許用齒數(shù) Z1=20，則 Z2=iZ1，其中 i=n1／ n2= Z2=62, 取標(biāo)準(zhǔn)帶輪齒數(shù) Z2=60 (4) 確定帶輪節(jié)圓直徑： d1=PbZ1／ π= d2= PbZ2／ π= (5) 確定同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度 Lp Lp=2acosφ+π(d2+d1) ／ 2+πφ(d2d1) ／ 180 （ 32） 式中： φ= add 2 12sin 1 ?? =?(以 a=500mm代入 ) 則 Lp= 選擇最接近計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng) (見表 ) Lp= (6) 計(jì)算同步帶齒數(shù) Zb Zb=Lp／ Pb=(7) 傳動(dòng)中心距 a 的計(jì)算 a=Pb(Z2Z1) ／ 2πcosθ （ 33） 式中： inVθ=π Z1Zz zZZb? = inVθ=tgθθ 用逐步逼近法計(jì)算， θ=1． 3518(弧度 )代入上式 : a=Pb(Z2Z1) ／ 2πcosθ= 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 10 表 七種同步帶型號(hào)的主要參數(shù) 帶型號(hào) 節(jié)距Pd(mm) 基準(zhǔn)寬度bэ?(mm) 拉力 T? （ N） 質(zhì)量 （ Kg/m） 帶寬 bэ（ mm） MXL 20 XXL 31 XL L H XH XXH 表 帶輪最少許用齒數(shù) 小帶輪轉(zhuǎn)速 （ r/min） 帶 型 號(hào) MXL XL L H XH XXH 900 以下 10 10 12 14 22 22 900~1200 以下 12 10 12 16 24 24 1200~1800 以下 14 12 14 18 26 26 1800~3600 以下 16 12 16 20 30 —— 3600~4800 以下 18 15 18 22 —— —— (8) 確定同步帶設(shè)計(jì)功率為 Pd 時(shí)所需帶寬 (a). 計(jì)算所選型號(hào)同步帶的基準(zhǔn)額定功率 Po Po=(Tamv2)v／ 1000 (kw) （ 34） 式中 ： Ta—— 許用工作拉力 ， 查表 得 Ta= N m—— 單位長(zhǎng)度質(zhì)量 ， 查表 可得 m=V—— 線速度 (m/s) V= ?? 2 101 3??PbZ = (m/s) （ 35） 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 11 表 標(biāo)準(zhǔn)同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度 (部分 ) 節(jié)線長(zhǎng)度 節(jié)線長(zhǎng)度上的齒數(shù) 基本尺寸 （ m） 極限偏差 （ mm） MXL XXL XL L H XH XXH 177。 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)目的是確定帶的型號(hào)節(jié)距帶長(zhǎng) (節(jié)線長(zhǎng)度 )中心距、帶寬及主、從動(dòng)帶輪齒數(shù)，直徑等參數(shù)。由于它是一種嚙合傳動(dòng)，因而帶和帶輪之間沒(méi) 有相對(duì)滑動(dòng)，從而使主從輪間的傳動(dòng)達(dá)到同步。在主軸的后面裝有松刀油缸、旋轉(zhuǎn)接頭；前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具、刀具夾爪；中間有刀具拉桿、刀具夾緊彈簧。轉(zhuǎn)子定子通過(guò)冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 7 第 3 章 車床電主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電主軸結(jié)構(gòu)圖 1— 主軸箱體 2— 主軸前軸承 3— 主軸 4— 冷卻液進(jìn)口 5— 主軸前軸承座 6— 前軸承冷卻套 7— 定子 8— 轉(zhuǎn)子 9— 定子冷卻套 10— 冷卻液出口 11— 主軸后軸承 圖 車削中心電主軸結(jié)構(gòu)示意圖 電主軸由主軸及主軸箱本體、輔助裝置、檢測(cè)裝置組成。在起步及低速段采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào) 速，保證低速時(shí)有較大的輸出轉(zhuǎn)矩，滿足低速大進(jìn)給的切削要求；而高速段采用恒功率調(diào)速，可滿足小切削量的高轉(zhuǎn)速要求。振動(dòng)是主軸動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)，振動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生噪聲，并直接影響工件的表面加工質(zhì)量，振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生崩刃和打刀現(xiàn)象。尤其，進(jìn) 行車削粗加工時(shí)，切削量較大，主軸要承受很大的徑向力。 數(shù)控車床電主軸的特征 （ 1）高回轉(zhuǎn)精度 車削中心的主軸是裝夾工件的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)傳遞給工件，因此主軸的回轉(zhuǎn)精度直接影響加工精度。 本課題主要研究?jī)?nèi)容 （ 1）數(shù)控車床電主軸總體方案設(shè)計(jì)； （ 2）根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，進(jìn)行工藝分析、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算和校核； （ 3）繪制裝配圖及其他零件圖； （ 4）撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書 1 份，撰寫其他相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)文檔。軸承預(yù)負(fù)荷施加方式上，過(guò)去主要使用剛畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 4 性預(yù)負(fù)荷，不斷發(fā)展為彈性預(yù)負(fù)荷，后又出現(xiàn)智 能預(yù)負(fù)荷方式，使軸承承載性能更優(yōu)。陶瓷球復(fù)合軸承和油氣潤(rùn)滑技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得軸承發(fā)熱更小，而且更能適應(yīng)高速需要。主軸單元的自動(dòng)平衡裝置也將因高速電主軸的振動(dòng)指標(biāo)更高而不斷的更新和完善。提高高速電主軸動(dòng)平衡等級(jí)，降低振動(dòng)，使電主軸壽命更長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的軸承多以用高速角接觸球軸承支承，氣靜壓方式將逐漸取代角接觸球軸承成為主流方式。對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)在低速粗加工時(shí)的重切削多采用恒轉(zhuǎn)矩控制方式 ,高速切削時(shí)精加工采用恒功率控制，在擴(kuò)大永磁電機(jī)在弱磁區(qū)域的同時(shí)提高穩(wěn)定性也將成為高速電主軸研究熱點(diǎn)問(wèn)題。因此選用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)矩密度高，控制精度高的永磁電機(jī)代替感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也將是電主軸發(fā)展的一個(gè)重要方向。 （ 3） 電機(jī)形式與控制方式多樣化方向發(fā)展 主軸電機(jī)方面：目前國(guó)內(nèi)外主軸電機(jī)常見的是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，但由于其結(jié)構(gòu)和特性的限制，運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)導(dǎo)致電機(jī)很難在最佳效率點(diǎn)運(yùn)行，功率因數(shù)低、效率低。德國(guó) GMN 公司的電主軸低速粗加工時(shí)的重切削力可達(dá) 1250N高速電主軸的大功率化已是國(guó)際機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。因此，在保證電主軸畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 3 高轉(zhuǎn)速的前提下，加大主軸直徑，提高其剛性，也是電主軸技術(shù)發(fā)展的方向之一。 數(shù)控車床電主軸的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì) （ 1） 向高速度、高剛度方向發(fā)